高可靠性小型旋挖钻机关键零部件及监测系统设计

摘要

工程机械作为国家装备工业的重要组成部分，为国家建设提供了有力的支持，是衡量一个国家装备制造水平的重要标志。旋挖钻机(Rotary Drilling Rig)与传统的钻孔设备相比，具有工作噪声低、成孔质量好、施工效率高等优点，在基础工程中得到了广泛应用，代表着桩工机械的发展方向。
　　本文针对合作企业现有的小型旋挖钻机产品可靠性低的问题，结合机械产品创新设计理论，采用理论分析、模拟仿真和实验验证相结合的方法，完成高可靠性小型旋挖钻机关键零部件及监测系统的设计并进行实验验证。论文主要研究工作如下：
　　1、深入了解和分析国内外现有旋挖钻机的技术特点和发展趋势，充分调研小型旋挖钻机的发展应用现况，结合机械产品创新设计理论和基于功能分解的方案设计方法，提出了分别以机锁式钻杆和PLC为核心的高可靠性小型旋挖钻机机械结构和监测系统设计方案;
　　2、综合考虑各部分的结构特点和装配关系，利用SolidWorks软件建立了小型旋挖钻机的三维模型，完成小型旋挖钻机机械结构的设计，缩短了设计周期，提高了工作效率;
　　3、基于有限元方法开展了小型旋挖钻机机械结构的仿真研究，考虑旋挖钻机复杂的工作状况，利用ANSYS Workbench软件对钻杆进行了静力学特性分析和不同工作状态下的模态分析，对动力头机构进行仿真分析，为整体结构的优化提供了理论依据;
　　4、完成了小型旋挖钻机监测系统的设计并开展了模拟实验研究，进行元器件选型和控制程序开发，搭建了实验平台模拟小型旋挖钻机的工作流程并测试监测系统的性能，验证了设计的合理性和可靠性，确保所设计的监测系统满足使用要求。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 旋挖钻机介绍

1．2．1 旋挖钻机的基本结构和工作原理

1．2．2 旋挖钻机的国内外发展现状

1．3 论文选题背景与研究内容

1．3．1 论文选题背景

1．3．2 论文主要研究内容及章节安排

1．4 本章小结

2 高可靠性小型旋挖钻机总体方案设计

2．1 基于功能分解的方案设计方法

2．2 高可靠性小型旋挖钻机需求分析

2．2．1 小型旋挖钻机可靠性度量参数分析

2．2．2 机械结构设计需求分析

2．2．3 监测系统设计需求分析

2．3 高可靠性小型旋挖钻机总体方案设计

2．3．1 机械结构方案设计

2．3．2 监测系统方案设计

2．4 本章小结

3 小型旋挖钻机关键零部件结构设计

3．1 小型旋挖钻机整体机械结构设计

3．2 小型旋挖钻机钻杆设计

3．2．1 钻杆结构设计

3．2．2 钻杆强度计算

3．3 小型旋挖钻机动力头设计

3．3．1 动力头总体设计

3．3．2 动力头箱体设计

3．3．3 动力头回转机构设计

3．3．4 动力头滑架设计

3．4 小型旋挖钻机桅杆总成设计

3．4．1 桅杆结构设计

3．4．2 加压油缸设计与选型

3．4．3 油缸卷扬机构设计

3．5 本章小结

4 小型旋挖钻机机械结构有限元分析

4．1 有限元方法概述

4．2 小型旋挖钻机钻杆有限元分析

4．2．1 钻杆静力学特性分析

4．2．2 钻杆模态分析

4．3 小型旋挖钻机动力头有限元分析

4．3．1 箱体滑架机构仿真分析

4．3．2 动力头齿轮机构仿真分析

4．4 本章小结

5 小型旋挖钻机监测系统设计与实验

5．1 小型旋挖钻机监测系统设计

5．1．1 监测系统总体设计

5．1．2 监测系统主要元器件选型

5．1．3 监测系统软件设计

5．2 小型旋挖钻机监测系统实验研究

5．2．1 实验平台设计

5．2．2 实验测试

5．2．3 实验结果分析

5．3 本章小结

6 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 工作展望

参考文献